物料清单视图演绎及在产品数据管理中的实现

    引言

    在产品数据管理(Product Data Management PDM)系统中，产品结构管理以产品物料清单（Bill of Material,BOM)为组织核心，把所定义的最终产品的所有工程数据和文档联系起来，在一定的目标或规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图描述。每一个BOM视图描述一种产品开发过程不同阶段的产品结构数据，由不同的部门所使用，其形式和内容根据部门职能而不同于其他阶段的BOM试图。通过BOM多视图，从产品开发的上游到下游传递了产品结构关系。随着用户需求、设计、工艺、生产条件的改变，各种相关BOM视图都将发生变化。因此，PDM系统对BOM传递产品结构信息提出了正确性、一致性及数据集成性等要求。

    本文针对产品开发过程中的工程BOM、工艺BOM和制造BOM3种主要BOM视图，并在阐明各视图间关系的基础上，提出了不同BOM视图间的转换方法，然后将其应用于产品结构管理中，解决了产品开发过程中BOM视图自动生成及数据集成等问题，保证了BOM数据的正确性和一致性。

    1、产品开发阶段的几种主要BOM

    产品开发过程按照实现功能划分为工程设计、工艺设计和样机试制等几个重要阶段。在PDM系统应用中，根据不同阶段产品结构管理的要求，将产生多种类型的BOM，从不同侧面表示产品的组成形式以及相关属性项的值，实现对产品数据的管理和使用。

    1.1 BOM的类型

    在产品形成过程中，把物体形态的实体一般统称为物料项，BOM则是一种物料项之间结构关系(包括装配关系、加工关系、基准依赖关系和互换关系等)的形式化表示方法。在产品开发的不同阶段，各部门为了不同目的设计、使用和维护各自相关的BOM，并从中获取特定数据。设计BOM、工艺BOM和制造BOM是产品开发过程中主要使用的3种BOM。

    (1)设计BOM 又称工程BOM(Engineering BOM,EBOM)，它一般由产品设计部门根据产品装配系统图以及产品零部件明细表等产生，用以描述产品设计结构。其中产品装配系统图阐明组成产品的零部件之间的设计装配关系，产品零部t}ee}u}具体说明零部件的种类，如通用件、标准件、自制件、外购件和外协件等。EBOM是工艺、制造等其他应用系统所需产品数据的基础，常见的文本表现形式包括产品明细表、图样目录和材料定额明细表等。

    (2)工艺BOM(Proccss PlanningBOM)由工艺设计部门在EBOM的基础上，对严品结构进行工艺分解，建立装配件的装配工艺和各零件的制造工艺，并确定加工制造过程中应使用的工装和模具。PPBOM是根据工厂的加工水平和能力对EBOM再设计后生成的，使用可以明确地了解零件之间的制造关系，跟踪零件在何处制造、由谁制造、用什么制造等信息，其常见的文本表现形式为产品工艺分单位目录等。

    (3)制造BOM(Manufacturing BOM,MBOM)制造工程部门在PPBOM基础上增加了物料项的工艺流程(制造和装配工艺)、工装资源、原材料和半成品等信息形成，反映了零件、装配件和最终产品的制造方法和装配顺序，如制造、装配工序内容及相应的加工设备、工装夹具、刀具辅具等。它详细描述了产品的制造过程，是企业资源规划(Enterprise Rosoure Planning,ERP)运算的输人信息。该BOM常见的文本表现形式为工艺路线表、关键工序汇总表、重要件关键件明细表、自制件明细表、通用件明细表、通用专用工装明细表和设备明细表等。

    1.2设计BOM与工艺BOM的关系

    设计BOM和工艺BOM中的产品结构信息分别从CAD和CAPP系统中获得，属于上游初始BOM，其输人信息来自产品设计人员和工艺设计人员对产品功能结构及产品的形成的定义，而其他各种BOM，如制造BOM、采购BOM等，是在设计BOM和工艺BOM的基础上，结合其应用领域的管理信息转换而来。

    在对设计BOM进行工艺分解生成工艺BOM的过程中，需要注意保持两者间的一致性，即工艺BOM中零部件号及零部件的个数要与原设计BOM中相同，但在BOM结构中所处位置可以不同。造成两种BOM异构的主要原因有以下几方面:

    (1)设计BOM结构主要按产品设计分离面进行划分，而工艺BOM结构加人了工艺分离面的考虑。即在形成PPBOM的工艺流程设计中，要考虑工装夹具的设计和选择问题，而对设计BOM结构中划分过粗的部分进行细化，对其中周期比较长的关键件进行再分解至工序，并在结构中加人中间状态的节点。

   （2）在工艺BOM形成过程中，考虑到定位和工装夹具制造等因素，设计BOM中的某些装配关系会根据需要提前或推后进行，甚至把某些零组件移动到其他装配工作中进行，这就需要在原设计的BOM基础上调整工艺BOM中的结构顺序。

    (3)工艺分解过程中，工艺设计人员出于缩短生产周期的考虑，可将原来的串行工作调整为并行工作;出于对使用有限资源的考虑，也可把原来并行工作调整为串行工作。这样，工艺BOM的结构就要适当改变，以表示调整后的装配工作情况。

    (4)其他因素，如现有设备的先进程度、工人的劳动技能和制造过程的管理体制等，也可能会影响到工艺BOM的结构变化上。艺BOM结构的生成是工艺设计人员参考大量工艺设计知识，综合考虑产品制造各方面影响因素的创造性体现。因而工艺BOM与设计BOM一并成为其他BOM类型信息的来源。

    1.3设计BOM、工艺BOM与制造BOM的演绎关系

   制造BOM是用来详细描述零件、装配件和产品的制造方法和装配顺序的，它所表达的产品制造结构可以根据设计BOM和工艺BOM所提供的原始信息转换而来。从设计BOM和工艺BOM转换到制造BOM，是产品生命周期的BOM转换中最实用的部分。

    不同BOM间的演绎存在一定的转换关系，但转换过程没有绝对的标准。下面两个问题是BOM演绎中需要考虑的:

    (1)调整BOM结构由于设计BOM是按照功能划分零部件关系的，而工艺BOM和制造BOM则是按照工作和装配顺序进行划分的，从设计BOM到工艺BOM再到制造BOM的转换需要按工艺过程进行调整，重点注意对虚设件、工艺件和外协件等特殊部件的处理。调整结果可能会使设计BOM中的零部件父子关系与制造BOM中的父子关系产生差异，即设计BOM中的父子关系可能变成制造BOM中的兄弟关系，也可能将设计BOM中相关的属于兄弟关系的零部件调整到一起，在制造BOM中形成父子关系。

    (2)引用已有BOM组件模块一个产品包含了大量的组件和通用件，而此类对象在原有的系列产品中已有模块化的工艺、装配关系，可直接从PDM系统中引用此类对象的工艺BOM和制造BOM结构，这样可以减少大量的重复工作，缩短产品开发周期。同时，应不断保存新建立的组件BOM结构，提供以后系列产品使用。

    2、不同BOM视图间的转换

    下游BOM的产生与上游BOM数据有关，是经过上游BOM施加一定的领域属性后转换而来的。BOM的转换本质上就是其视图的转换，是同一产品对象在不同阶段、对不同使用人员的视图关系。BOM视图可由BOM结构关系与BOM属性两部分组成，BOM视图的转换也就是结构和属性两方面转换作用的结果。

    2.1视图结构转换

    不同类型的BOM视图并非从零开始构造，而是从已有的BOM视图转换而来。在PDM系统中，BOM视图结构转换的重点在于从设计BOM到工艺BOM进而到制造BOM的转换上。转换过程中，不同的BOM视图对各种类型的特殊部件有不同的处理方法，因此BOM视图结构转换工作主要集中在对特殊部件的处理上。对比各种BOM视图结构发现，造成设计BOM和工艺BOM异构的特殊部件主要有关键件和外协件，造成工艺BOM和制造BOM之间异构的特殊部件主要有虚设件和工艺件。上述各种特殊部件定义如下:

    (1)关键件 鉴于工艺分离面等原因，在工艺分解过程中对设计BOM中划分过粗的零件进行细化而生成的部件。

    (2)外协件 本身及其所属的所有零部件都需外协加工的部件。其所属零部件不会出现在工艺BOM中。

    (3)虚设件 在设计BOM中出现，在工艺BOM中有定义，但在实际生产中并不制造也不存储的部件。虚设件在制造BOM中会被删除。通过处理虚设件，可以使制造工作并行化，从而在资源充足的情况下有效利用资源。

    (4)工艺件 在设计BOM中不出现，而在实际生产中因为工艺要求，既要制造又要存储的部件，其在制造BOM中会被添加。同时，工艺BOM中某些零部件会降级成为工艺件的下级子件，这些零部件在工艺BOM中称为工艺子件。通过处理工艺子件，可以使制造工作串行化，从而在资源有限的情况下节约利用资源。

    PDM系统中，以处理特殊部件为主要工作的BOM试图结构转换如图1所示。

    相应的BOM试图结构转换的实现流程如图2

    在转换过程中，设计BOM、工艺BOM、制造BOM是产品结构在产品开发不同阶段的3个版本，BOM结构转换就是根据已有BOM视图版本生成新版本的过程。相应地在图2所示的转换流程中，产品结构树中的节点N也分别有Ne,Np,Nm3种版本，下标E,P,M分别代表节点的设计、工艺、制造版本。整个流程中，各种特殊部件需要设计、工艺以及制造部门人员进行定义，在对关键件进行处理时，需要与工艺人员进行交互以获得关键件的细分信息。